Biologie pour les majors II

Vacuoles contractiles chez les micro-organismes

Figure 1. Certains organismes unicellulaires, comme l’amibe, ingèrent la nourriture par endocytose. La vésicule alimentaire fusionne avec un lysosome, qui digère la nourriture. Les déchets sont excrétés par exocytose.

La caractéristique la plus fondamentale de la vie est la présence d’une cellule. En d’autres termes, une cellule est l’unité fonctionnelle la plus simple d’une vie. Les bactéries sont des organismes unicellulaires procaryotes qui ont mis en place certains des processus de vie les moins complexes ; cependant, les procaryotes tels que les bactéries ne contiennent pas de vacuoles liées à une membrane. Les cellules des micro-organismes comme les bactéries, les protozoaires et les champignons sont liées par des membranes cellulaires et les utilisent pour interagir avec l’environnement. Certaines cellules, dont certains leucocytes chez l’homme, sont capables d’engloutir de la nourriture par endocytose – la formation de vésicules par involution de la membrane cellulaire à l’intérieur des cellules. Ces mêmes vésicules sont capables d’interagir et d’échanger des métabolites avec l’environnement intracellulaire. Chez certains organismes eucaryotes unicellulaires comme l’amibe, illustrée à la figure 1, les déchets cellulaires et l’excès d’eau sont excrétés par exocytose, lorsque les vacuoles contractiles fusionnent avec la membrane cellulaire et expulsent les déchets dans l’environnement. Les vacuoles contractiles (CV) ne doivent pas être confondues avec les vacuoles, qui stockent de la nourriture ou de l’eau.

Cellules de flamme des planaires et néphridies des vers

Alors que les systèmes multi-cellulaires ont évolué pour avoir des systèmes d’organes qui ont divisé les besoins métaboliques du corps, les organes individuels ont évolué pour effectuer la fonction d’excrétion. Les planaires sont des vers plats qui vivent dans l’eau douce. Leur système excréteur est constitué de deux tubules reliés à un système de conduits très ramifié. Les cellules des tubules sont appelées cellules flammes (ou protonephridia) car elles possèdent un groupe de cils qui ressemblent à une flamme vacillante lorsqu’on les observe au microscope, comme le montre la figure 2a. Les cils propulsent les déchets dans les tubules et hors du corps par les pores excréteurs qui s’ouvrent à la surface du corps ; les cils aspirent également l’eau du liquide interstitiel, ce qui permet la filtration. Les métabolites précieux sont récupérés par réabsorption. Les cellules de la flamme sont présentes chez les vers plats, y compris les ténias parasites et les planaires libres. Elles maintiennent également l’équilibre osmotique de l’organisme.

Les vers de terre (annélides) possèdent des structures excrétrices légèrement plus évoluées appelées néphridies, illustrées à la figure 2b. Une paire de néphridies est présente sur chaque segment du ver de terre. Ils sont similaires aux cellules de la flamme en ce qu’ils possèdent un tubule avec des cils. L’excrétion se fait par un pore appelé néphridiopore. Elles sont plus évoluées que les cellules de flamme car elles possèdent un système de réabsorption tubulaire par un réseau capillaire avant l’excrétion.

Figure 2. Dans le système excréteur de la (a) planaire, les cils des cellules flammes propulsent les déchets dans un tubule formé par une cellule tubulaire. Les tubules sont connectés en structures ramifiées qui mènent à des pores situés tout le long des côtés du corps. Le filtrat est sécrété par ces pores. Chez (b) les annélides tels que les vers de terre, les néphridies filtrent le liquide du coelom, ou cavité corporelle. Des cils battants à l’ouverture du néphridium aspirent l’eau du cœlome dans un tubule. Lorsque le filtrat descend dans les tubules, les nutriments et autres solutés sont réabsorbés par les capillaires. Le liquide filtré contenant les déchets azotés et autres est stocké dans une vessie puis sécrété par un pore situé sur le côté du corps.

Tubules malpighiens des insectes

Les tubules malpighiens se trouvent à la paroi de l’intestin de certaines espèces d’arthropodes, comme l’abeille illustrée à la figure 3.

Figure 3. Les tubules de Malpighi des insectes et autres arthropodes terrestres éliminent les déchets azotés et autres solutés de l’hémolymphe. Les ions Na+ et/ou K+ sont activement transportés dans la lumière des tubules. L’eau pénètre ensuite dans les tubules par osmose, formant ainsi l’urine. L’urine passe dans l’intestin, puis dans le rectum. Là, les nutriments diffusent à nouveau dans l’hémolymphe. Les ions Na+ et/ou K+ sont pompés dans l’hémolymphe et l’eau suit. Les déchets concentrés sont ensuite excrétés.

Ils se trouvent généralement par paires et le nombre de tubules varie selon l’espèce d’insecte. Les tubules de Malpighi sont convolutés, ce qui augmente leur surface, et ils sont tapissés de microvillosités pour la réabsorption et le maintien de l’équilibre osmotique. Les tubules de Malpighi travaillent en collaboration avec des glandes spécialisées situées dans la paroi du rectum. Les fluides corporels ne sont pas filtrés comme dans le cas des néphridies ; l’urine est produite par des mécanismes de sécrétion tubulaire par les cellules qui tapissent les tubules de Malpighi qui baignent dans l’hémolymphe (un mélange de sang et de liquide interstitiel que l’on trouve chez les insectes et autres arthropodes ainsi que chez la plupart des mollusques). Les déchets métaboliques comme l’acide urique se diffusent librement dans les tubules. Les tubules sont tapissés de pompes d’échange qui transportent activement les ions H+ vers la cellule et les ions K+ ou Na+ vers l’extérieur ; l’eau suit passivement pour former l’urine. La sécrétion d’ions modifie la pression osmotique qui attire l’eau, les électrolytes et les déchets azotés (acide urique) dans les tubules. L’eau et les électrolytes sont réabsorbés lorsque ces organismes sont confrontés à des environnements pauvres en eau, et l’acide urique est excrété sous forme de pâte épaisse ou de poudre. Le fait de ne pas dissoudre les déchets dans l’eau aide ces organismes à conserver l’eau ; ceci est particulièrement important pour la vie dans les environnements secs.

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